Полевые транзисторы Мытарев А.В. Мытарев А.В. Яковлева Д.А. гр

Полевые транзисторы. Основным принципом работы полевых транзисторов является эффект поля. (изменение концентрации носителей в приповерхностной области проводника под действием внешнего электрического поля) Основным принципом работы полевых транзисторов является эффект поля. (изменение концентрации носителей в приповерхностной области проводника под действием внешнего электрического поля) Все полевые приборы – униполярные – в активном режиме работы используется только один тип носителей.

Основные элементы МДП-транзистора. Полупроводник n- или p- типа, на котором изготовляется МДП- транзистор – подложка(SS). В ней сформированы две сильно легированные области противоположного с подложкой типа проводимости – исток(S) и сток(D). Управляющий электрод – затвор(G) – отделен от активной области диэлектрической прослойкой - изолятором. Область подложки, находящаяся под затвором между истоком и стоком – канал.

Принцип работы МДП-транзистора. Существует три состояния приповерхностной области полупроводника: 1) Обогащение основными носителями. 1) Обогащение основными носителями. Этому состоянию соответствует знак напряжения на затворе, притягивающий основные носители. (для n-типа, V G > 0, ψ s > 0). ψ s – приповерхностный потенциал. Этому состоянию соответствует знак напряжения на затворе, притягивающий основные носители. (для n-типа, V G > 0, ψ s > 0). ψ s – приповерхностный потенциал.

Принцип работы МДП-транзистора. 2) Обеднение основными носителями. 2) Обеднение основными носителями. Этому состоянию соответствует небольшое по величине напряжение, отталкивающее основные носители (для n-типа, V G < 0, ψ s < 0). Этому состоянию соответствует небольшое по величине напряжение, отталкивающее основные носители (для n-типа, V G < 0, ψ s < 0).

Принцип работы МДП-транзистора. 3) Инверсия типа проводимости. 3) Инверсия типа проводимости. Такому состоянию соответствует большое по величине напряжение на затворе, соответствующее значительным изгибам зон и вызывающее обогащение поверхности неосновными носителями заряда Такому состоянию соответствует большое по величине напряжение на затворе, соответствующее значительным изгибам зон и вызывающее обогащение поверхности неосновными носителями заряда (для n-типа, V G

Принцип работы МДП-транзистора. Транзисторный эффект заключается в изменении тока или напряжения во вторичной цепи, вызванном изменениями тока или напряжения в первичной цепи. Полевой транзистор – прибор управляемый напряжением. Входные характеристики: затворные - I G и V G Выходные характеристики: стоковые – I DS и V DS Реализация транзисторного эффекта: При изменении величины напряжения на затворе V G меняется концентрация свободных носителей, тем самым изменяется сопротивление канала R, это вызовет изменение тока стока I DS.

Принцип работы МДП-транзистора. Выбор знаков напряжения: Для МДП-транзистора с индуцированным каналом при V G =0 канал между стоком и истоком отсутствует. Знак V G надо выбирать, чтобы формировался инверсионный слой. Для n-канального транзистора: V G >0 Для p-канального транзистора: V G 0 Для p-канального транзистора: V DS

Характеристики МДП-транзистора в области плавного канала Ток в канале МДП-транзистора, изготовленного на подложке р типа, обусловлен свободными электронами, концентрация которых n(z). Электрическое поле Еy обусловлено напряжением между истоком и стоком V DS. Согласно закону Ома, плотность тока: Выполняя некоторые преобразования получаем формулу: Это уравнение описывает ВАХ ПТ в области плавного канала.

Характеристики МДП-транзистора в области отсечки По мере роста напряжения исток сток V DS в канале может наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала, т.е. заряд электронов в канале в некоторой точке станет равным нулю для n-канального транзистора. Это соответствует условию: Это уравнение является ВАХ МДП-транзистора в области отсечки. Max V(y) реализуется на стоке. Поэтому напряжением отсечки называется напряжение стока V DS, необходимое для смыкания канала.

Режим отсечки. Схема p-канального МДП-транзистора при напряжении на стоке, равном напряжению отсечки. Схема p-канального МДП-транзистора при напряжении на стоке, большем напряжения отсечки.

ВАХ МДП ПТ.

Влияние типа канала на ВАХ МДП-транзисторов: Вид ВАХ МДП ПТ сильно зависит от типа полупроводниковой подложки и типа инверсионного канала. Инверсионный канал называется индуцированным, если при V G =0 он не сформирован, а при V G >V T появляется. Инверсионный канал называется встроенным, если при V G =0 он уже сформирован. Зависимость тока стока I DS от напряжения на стоке V DS при различных напряжениях на затворе V G называют проходными характеристиками МДП-транзистора, а зависимость тока стока I DS от напряжения на затворе V G при различных напряжениях на стоке V DS называют переходными характеристиками МДП-транзистора. В том случае, если напряжение на стоке V DS больше, чем напряжение отсечки V * DS, на переходных характеристиках ток стока I DS от напряжения на стоке V DS не зависит.

Эффект смещения подложки При приложении напряжения канал-подложка происходит расширение ОПЗ и для n-канального транзистора увеличение заряда ионизованных акцепторов: Если заряд акцепторов в слое обеднения Q B вырос, заряд электронов в канале Q n должен уменьшиться. С этой точки зрения подложка выступает как второй затвор МДП-транзистора. При возрастании заряда акцепторов в слое обеднения возрастает и пороговое напряжение транзистора V T. Изменение порогового напряжения будет равно: Если заряд акцепторов в слое обеднения Q B вырос, заряд электронов в канале Q n должен уменьшиться. С этой точки зрения подложка выступает как второй затвор МДП-транзистора. При возрастании заряда акцепторов в слое обеднения возрастает и пороговое напряжение транзистора V T. Изменение порогового напряжения будет равно:

Малосигнальные дифференциальные параметры. S - крутизна переходной характеристики (характеризуется изменением тока стока при единичном увеличение напряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке) R i – внутреннее сопротивление (характеризует изменение напряжения в выходной цепи, необходимое для единичного увеличения тока стока при неизменном напряжении на затворе) μ i – коэффициент усиления (характеризуется изменением напряжения в выходной цепи при единичном изменении напряжения в входной цепи и неизменном токе стока)